CN109444620B - 直流换流阀智能化分压补偿检测系统 - Google Patents

Abstract

一种直流换流阀智能化分压补偿检测系统，包括分压补偿设备、主控设备及后台设备；分压补偿设备具有用于输出测试信号的信号输出同轴电缆和用于接收测试反馈信号的信号输入同轴电缆；主控设备根据所述信号输出同轴电缆扩展出多个信号输出通道，还根据所述信号输入同轴电缆扩展出多个信号输入通道；所述多个信号输出通道用于分别连接至被测试的阀模块的多个晶闸管，以将所述测试信号分别提供给所述多个晶闸管；所述多个信号输入通道用于分别连接到与所述多个晶闸管对应的多个分压板，以分别从所述多个分压板接收测试反馈信号；后台设备根据提供给所述多个晶闸管的测试信号和从所述多个分压板接收的测试反馈信号对所述多个晶闸管进行性能检测。

Description

直流换流阀智能化分压补偿检测系统

技术领域

本发明涉及输电技术领域，特别涉及一种直流换流阀智能化分压补偿检测系统。

背景技术

我国地域辽阔，发电能源和用电负荷的地域分布极不均衡。这一客观现实决定了我国电力跨区域大规模输送的必然性。而随着经济的发展，土地资源的匮乏日益加剧，电网的发展与建设受到走廊资源、站址资源的制约越发明显。高压/特高压直流输电不仅输送容量大、损耗小、送电距离远，而且可以节约宝贵的输电走廊资源，提高输电通道走廊的利用率，特别适合远距离大容量的电力输送工程，在换流站站址、接地极与线路走廊的选择均非常困难的电力输送工程中具有很强优势。为了应对我国电力负荷的不断攀升的总体趋势，适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，必须加强高压/特高压直流输电工程建设。

直流换流阀是直流输电关键的设备之一，它位于直流输电工程的两端换流站内，是一种被用于在直流输电线路中进行交直流转换的大功率电力电子设备，是直流输电的“心脏”，同时又是影响可靠性的关键设备之一。近些年，随着国内直流输电工程的不断推进，换流阀的定期检测越来越受到重视，成为直流换流站验收、运维、检测、检修等工作的重要内容之一。《国家电网公司直流换流站检测管理规定》中按不同厂家分类出台了换流阀检测细则，对换流阀的检测工作和检测装置提出更高的要求，要求检测过程更加高效、安全，检测内容更加丰富，检测装置更加通用化、智能化、便携易用等。这样可以大大简化运维人员的工作量，提高工作效率，降低运维成本。

直流换流阀通常是由数十个甚至数百个晶闸管元件串联而成，每个元件的特性和参数存在差异，串联元件的分压不均匀将造成个别元件出现过电压情况，因此必须保证每个晶闸管的分压比一致，进行此项检测的仪器主要是分压补偿检测仪。目前，换流阀的分压补偿检测仪一般是厂家自带的，存在着体积笨重、功能简单、对外接口少、无标准等问题。同时，换流阀检测设备普遍为国外生产设备，尚未实现国产化，不利于国内直流输电换流阀的检测技术的发展和直流工程的建设。国内在换流阀智能化分压补偿检测系统上还处于相对薄弱阶段，对于如何提高换流阀运行稳定性，智能化换流阀检测手段，国内还属于空白。在本技术领域中，亟需进行技术改进来打破国外技术垄断，提高我国换流阀运维的整体技术水平、深度挖掘换流阀数据信息。

目前广泛应用于高压/特高压直流工程的换流阀都是基于晶闸管的换流阀，换流阀由若干阀模块组成，每个阀模块又由多个晶闸管级、饱和电抗器、均压电容组成，每个晶闸管级一般包括晶闸管、晶闸管触发监测板(TFM)、阻尼电阻、阻尼电容和直流均压电阻。换流阀正常运行时，必须要求其中的每个晶闸管级分压比一致，保证晶闸管级的正向过电压保护、dv/dt保护、反向恢复保护的动作水平一致，以上功能是通过换流阀的分压补偿板来实现的，当更换分压板或均压电阻单元时，都必须用分压补偿检测仪进行检测。

现有的用于换流阀的分压补偿板的分压补偿检测仪通常采用如下的接线和调节方式：由分压补偿检测仪的分压补偿箱引出两根同轴电缆，其中信号输出同轴电缆连接至阀模块晶闸管的正/负极上，信号输入同轴电缆连接线连接至分压板MP2/MP4端子，通过调节分压补偿箱的输出信号及分压板可调端子来实现对阀模块的晶闸管控制电路的分压比参数的校准。

目前，现有的用于换流阀的分压补偿仪主要存在以下几个问题：

(1)接线复杂，效率低，频繁接线增加安全隐患。

依照上述的现有接线方式，分压补偿检测仪通常每次只能实现对一个晶闸管的检测，当需要对多个晶闸管级检测时，每次检测都需要更改接线，导致检测工作效率低下。同时，由于换流阀的检测设备操作空间是在换流站阀塔上，属于高空作业，频繁修改接线增加了电气安全风险，并且操作空间艰苦危险，存在有坠落或其他人身伤害的风险。

(2)检测流程自动化水平低。

在检测过程中，测试数据的记录需要操作人员手动记录，填写相应的表格，性能评估不能自动完成，随机性大。阀模块检测数据难以实现数字化管理、自动化管理，缺乏数据智能分析功能。

发明内容

本发明提供了一种直流换流阀智能化分压补偿检测系统，用于解决现有技术中的直流换流阀检测过程接线复杂、效率较差、且自动化水平低的问题。

根据本发明的实施方式，提供了一种直流换流阀智能化分压补偿检测系统，所述直流换流阀智能化分压补偿检测系统包括分压补偿设备、主控设备及后台设备，所述分压补偿设备及所述后台设备均与所述主控设备电性连接；所述分压补偿设备具有用于输出测试信号的信号输出同轴电缆和用于接收测试反馈信号的信号输入同轴电缆；所述主控设备包括信号扩展单元，所述信号扩展单元与所述分压补偿设备电性连接，用于根据所述信号输出同轴电缆扩展出多个信号输出通道，以及根据所述信号输入同轴电缆扩展出多个信号输入通道；所述多个信号输出通道用于分别连接至被测试的阀模块的多个晶闸管，以将测试信号分别提供给所述多个晶闸管；所述多个信号输入通道用于分别连接到与所述多个晶闸管对应的多个分压板，以分别从所述多个分压板接收测试反馈信号；所述后台设备根据提供给所述多个晶闸管的测试信号和从所述多个分压板接收的测试反馈信号对所述多个晶闸管进行性能检测。

优选地，所述主控设备还包括信号采集单元，所述信号采集单元与所述信号扩展单元和所述后台设备电性连接，用于实时采集提供给所述多个晶闸管的测试信号和从所述多个分压板接收的测试反馈信号，以及通过IEC104规约将采集到的信号实时发送至所述后台设备。

优选地，所述主控设备还包括切换控制单元，所述切换控制单元与所述信号扩展单元和所述分压补偿设备电性连接，用于选择将所述信号扩展单元扩展的任意一个信号输入通道或信号输出通道连接到所述分压补偿设备。

优选地，所述切换控制单元包括多个连接端子，用于分别连接到所述信号输出同轴电缆、所述信号输入同轴电缆、与被测试的晶闸管对应的分压板上的被检测点的MP2/MP4端子、以及被测试的晶闸管的正负极。

优选地，所述切换控制单元还包括多个开关和多个指示灯，所述开关用于手动控制所述切换控制单元选择与所述分压补偿设备连接的信号输出通道或信号输入通道；所述指示灯分别与所述信号输出通道或信号输入通道，用于在相应的信号输出通道或信号输入通道与所述分压补偿设备连接时进行指示。

优选地，所述主控设备还包括机箱，所述信号扩展单元、所述切换控制单元、所述信号采集单元都装设在所述机箱内。

优选地，所述主控设备还包括机箱，所述信号扩展单元和所述信号采集单元都装设在所述机箱内，所述切换控制单元的多个连接端子、多个开关和多个指示灯都装设在所述机箱的同一个面板上。

优选地，所述分压补偿设备也装设在所述机箱内。

优选地，所述切换控制单元还与所述后台设备电性连接，所述后台设备控制所述切换控制单元自动选择与所述分压补偿设备连接的信号输出通道或信号输入通道。

优选地，所述信号扩展单元包括用于通过控制继电器来选通信号输入通道的输入驱动芯片和用于通过控制继电器来选通信号输出通道的输出驱动芯片，所述输入驱动芯片和所述输出驱动芯片的型号均为ULN2803AG。

依照上述的实施方式，本发明提供的直流换流阀智能化分压补偿检测系统有效地改进了直流阀分压检测系统的外部接线方式、数据记录及分析方式，实现直流阀阀模块分压检测试验步骤和接线的简化、测试数据全过程记录、智能数据分析及报告归档，最终提高检测试验的安全性和工作效率。具体而言，本发明的信号扩展功能使得在换流阀阀塔上进行接线时，能够同时完成分压补偿箱至换流阀的一个阀模块的多组晶闸管及其分压板的接线，接线检查确认正确后，试验人员可以通过后台评价系统实现阀模块的测试试验及数据记录。这样就能够使得设备停电改接线次数大幅减少，操作便捷性大幅提高，同时减少了安全风险。在自动化管理方面，实现了换流站各阀模块的历史测试记录数据的显示、管理、查询、智能评价功能。因此，本发明能够实现换流站阀模块检测在工作效率、安全性方面的提升以及相应的智能化管理。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施方式提供的直流换流阀智能化分压补偿检测系统的结构示意图。

图2示出了图1所示的直流换流阀智能化分压补偿检测系统的切换控制单元的结构示意图。

图3示出了图1所示的直流换流阀智能化分压补偿检测系统的信号扩展单元的电路示意图。

图4示出了图1所示的直流换流阀智能化分压补偿检测系统的信号扩展单元切换到一路选中的信号输入时的电路示意图。

图5示出了图1所示的直流换流阀智能化分压补偿检测系统的信号扩展单元切换到一路选中的信号输出时的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图结合实施例，对本发明进一步详细说明。

请参阅图1，本发明的一个实施方式提供了一种直流换流阀智能化分压补偿检测系统100，其包括分压补偿设备10、主控设备20、及后台设备30。分压补偿设备10及后台设备30均与主控设备20电性连接。

分压补偿设备10可以采用现有的分压补偿检测仪的分压补偿箱，因此其具体结构和工作原理在这里无需赘述。所述分压补偿设备10具有用于输出测试信号的信号输出同轴电缆10a和用于接收测试反馈信号的信号输入同轴电缆10b，其通过所述信号输出同轴电缆10a和信号输入同轴电缆10b与主控单元20建立双向的电性及信号连接，用于在所述主控设备20连接到被测试的阀模块时，对阀模块提供可调节的测试信号，或者从阀模块的晶闸管对应的分压板接收测试反馈信号，用于实现对阀模块的晶闸管控制电路的分压比参数的校准。

主控单元20包括机箱20a、信号扩展单元21、切换控制单元22和信号采集单元23。信号扩展单元21、切换控制单元22和信号采集单元23都可以装设在所述机箱20a内，所述分压补偿设备10也可以容纳在所述机箱20a内。

信号扩展单元21与分压补偿设备10电性连接，用于根据分压补偿设备10的信号输出同轴电缆10a扩展出多个信号输出通道211(图1中示出了6路扩展的信号输出通道211，可以理解，在其他实施方式中扩展的信号输出通道211也可为其他数量)，分别连接至需要进行测试的直流阀阀塔的阀模块的多个晶闸管，以将上述测试信号分别提供给多个晶闸管。具体地，每一路信号输出通道211都具有两个连接端212，分别连接到对应的被测试的晶闸管的正极和负极。所述信号扩展单元21还用于根据分压补偿设备10的信号输入同轴电缆10b扩展出多个信号输入通道213(图1中示出了6路扩展的信号输入通道213，可以理解，在其他实施方式中扩展的信号输入通道213也可为其他数量)，分别连接到与所述多个被测试的晶闸管对应的分压板，以分别从分压板接收上述测试反馈信号。具体地，每一路信号输入通道213都具有两个连接端214，分别连接到对应的分压板的MP2/MP4端子。

切换控制单元22与信号扩展单元21电性连接，用于选择将所述信号扩展单元21扩展的任意一个信号输入通道211或信号输出通道213连接到分压补偿设备10，也就是切换分压补偿设备10的信号输入与信号输出。

请一并参阅图2，其中示出了切换控制单元22的结构示意图。在本实施方式中，该切换控制单元22包括如图2中所示的多个连接端子，其中Out7、IN7为一对BNC接头的同轴电缆，Out7连接至分压补偿设备10的信号输出端(即信号输出同轴电缆10a)，IN7连接至分压补偿设备10的信号输入端(即信号输入同轴电缆10b)；IN1～IN6分别为连接到被测试的晶闸管对应的分压板上的被检测点的MP2/MP4端子的同轴电缆接口，即扩展的6路信号输入通道213的接口；Out1～Out6分别为连接到被测试的晶闸管的正负极的同轴电缆接口，即扩展的6路信号输出通道211的接口；除了上述连接端子之外，切换控制单元22还包括多个按钮和指示灯；其中S1～S6分别为6个按钮，用来手动选择将哪一组IN/Out信号接口与分压补偿设备10连接以建立相应的输入/输出信号通道，即用于手动控制所述切换控制单元22选择与所述分压补偿设备10连接的信号输出通道或信号输入通道；LED1～LED6为被选通的一组IN/Out信号的指示灯，分别与6路信号输入/输出通道对应，用于在相应的信号输出通道或信号输入通道与所述分压补偿设备10连接时进行指示。优选地，还可以不将切换控制单元22完全容置在机箱20a内，而是将切换控制单元22的如上所述的多个连接端子、按钮及指示灯都安装在机箱20a的同一个面板上，从而将该面板用作主控单元20的操作面板。

图3示出了信号扩展单元21的电路示意图。该信号扩展单元21包括用于选通信号输入通道213的输入驱动芯片U1和用于选通信号输出通道211的输出驱动芯片U2，输入驱动芯片U1和输出驱动芯片U2的型号优选均采用ULN2803AG，输入驱动芯片U1的多个输出端口OUT0-OUT5与多个继电器控制端RL01-RL06分别对应连接，该多个继电器RL01-RL06对应的继电器RL1-RL6用于分别选通扩展出的多个信号输入通道213；输出驱动芯片U2的多个输出端口OUT0-OUT5与多个继电器控制端RL07-RL012分别对应连接，该多个继电器RL07-RL012对应的继电器RL7-RL12用于分别选通扩展出的多个信号输出通道211。上述的“多个”在本实施方式中均以6个作为示例，但是在其他实施方式中也可以采用其他数量。

图4及图5示出了在信号扩展单元21中以一组相互对应的输入及输出信号为例，对分压补偿设备10的信号输入与信号输出进行切换的工作原理示意图。如图4所示，当要将切换控制单元20的接口IN1上的测试反馈信号接入到分压补偿设备10时，可通过RL01信号控制继电器RL1(TQ2-Nil-12V)动作，切换IN1为分压补偿设备10的输入信号，同时点亮LED1以进行提示；当要将分压补偿设备10的测试信号通过切换控制单元20的接口Out1输出时，可以通过RL07信号控制继电器RL7(TQ2-Nil-12V)动作，切换Out1为分压补偿箱输出信号。上述的信号切换可以通过切换控制单元22的S1按钮产生控制继电器RL01、RL07的直接控制信号以实现手动切换，还可以通过后台设备30进行自动切换；自动切换的具体方式可以是由后台设备30产生自动控制信号，通过DOUT06端口提供给信号扩展单元21，经过输入驱动芯片U1和输出驱动芯片U2耦合驱动后，产生控制继电器RL01、RL07进行切换的直接控制信号。相似地，其他5组相互对应的输入及输出信号也可以采用相似的切换控制方法。

信号采集单元23与切换控制单元22电性连接，用于实时采集依照上述手段扩展形成的多个输入及输出信号(也就是多个晶闸管接收的测试信号和与该多个晶闸管对应的分压板生成的测试反馈信号)，并将采集到的信号实时发送至后台设备30，发送时的通讯规约优选采用IEC104规约。

后台设备30可以是各种具有数据处理功能的电子装置，例如台式电脑、笔记本电脑或者专用的工控机等等。后台设备30与信号采集单元23电性连接，用于从信号采集单元23接收扩展形成的输入及输出信号(也就是多个晶闸管接收的测试信号和与该多个晶闸管对应的分压板生成的测试反馈信号)，然后根据接收到的信号对被测试的阀模块中的多个晶闸管都进行性能检测，获得每个晶闸管的检测数据。具体的性能检测方法可以采用现有技术，此处无需赘述。后台设备30还可以与信号扩展单元21电性连接，依照如前所述的方式控制信号扩展单元21切换输入/输出信号通道。

后台设备30中还可以预先存储有被测试的直流换流站的相关信息，例如直流换流站名称、每个直流换流站阀塔数量、阀模块数量、晶闸管极别等信息，将这些信息配置为相应的数据字段，并写入数据库来建立对应的数据模型。直流换流站的被测试的阀模块的检测数据在每次检测时都以换流站配置的关键字段信息为基础，在相应的基础上进行更新，实现后续的检测数据记录、分析、查询等功能。

优选地，在该后台设备30中可以装入专用于本发明的后台评价系统。基于所述后台评价系统，在使用直流换流阀智能化分压补偿检测系统100对直流换流站的阀模块进行检测时，应该先确保后台评价系统与机箱20a已经建立网络通信连接；当建立相应的网络通信连接后，可以通过后台评价系统的操作界面来选择输入/输出信号通道(当然也可以仍然通过切换控制单元22的按钮S1-S6来选择输入/输出信号通道),选择确定后，后台设备30即可控制信号扩展单元21将对应通道的一组信号切换至分压补偿设备的信号输入与输出，同时控制对应的指示灯亮起，此时即可以对选中的通道所对应的晶闸管进行试验，测试数据通过机箱20a与后台评价系统的网络通讯实时传输至后台设备30并进行存储。在获得测试数据之后，后台评价系统可以按查询时间段进行模糊查询或精确查询，例如精确查询可以根据换流站名称、阀塔编号、模块编号、晶闸管极别等关键字段进行精确查找，迅速确定被测试的直流换流站中每个阀模块的晶闸管的相应工作状态，从而实现对被测试的直流换流站中每个阀模块的高效、实时、精确的远程监控。

可以理解，在其他实施方式中，信号扩展模块21根据分压补偿设备10的信号输出同轴电缆10a和信号输入同轴电缆10b扩展出来的信号输出通道和信号输入通道的数量并不限于6组，完全可以根据实际应用场景调整相应的信号输出通道和信号输入通道的数量。

可以理解，所述切换控制模块22的按钮开关S1-S6也可以替换为其他形式的开关，例如拨码开关、拨动开关等等。

可以理解，本实施方式中后台评价系统是通过网络接口及IEC104通讯规约与机箱20a建立通信，实现采集数据的传输和通道切换命令的传输；而在其他的实施方式中，后台设备30也可以通过串口通信及其他通讯规约与机箱20a建立通信。

依照上述的实施方式，本发明提供的直流换流阀智能化分压补偿检测系统100有效地改进了直流阀分压检测系统的外部接线方式、数据记录及分析方式，实现直流阀阀模块分压检测试验步骤和接线的简化、测试数据全过程记录、智能数据分析及报告归档，最终提高检测试验的安全性和工作效率。具体而言，本发明的信号扩展功能使得在换流阀阀塔上进行接线时，能够同时完成分压补偿箱至换流阀的一个阀模块的多组晶闸管及其分压板的接线，接线检查确认正确后，试验人员可以通过后台评价系统实现阀模块的测试试验及数据记录。这样就能够使得设备停电改接线次数大幅减少，操作便捷性大幅提高，同时减少了安全风险。在自动化管理方面，实现了换流站各阀模块的历史测试记录数据的显示、管理、查询、智能评价功能。因此，本发明能够实现换流站阀模块检测在工作效率、安全性方面的提升以及相应的智能化管理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于：所述直流换流阀智能化分压补偿检测系统包括分压补偿设备、主控设备及后台设备，所述分压补偿设备及所述后台设备均与所述主控设备电性连接；

所述分压补偿设备具有用于输出测试信号的信号输出同轴电缆和用于接收测试反馈信号的信号输入同轴电缆；

所述主控设备包括信号扩展单元，所述信号扩展单元与所述分压补偿设备电性连接，用于根据所述信号输出同轴电缆扩展出多个信号输出通道，以及根据所述信号输入同轴电缆扩展出多个信号输入通道；

所述多个信号输出通道用于分别连接至被测试的阀模块的多个晶闸管，以将测试信号分别提供给所述多个晶闸管；

所述多个信号输入通道用于分别连接到与所述多个晶闸管对应的多个分压板，以分别从所述多个分压板接收测试反馈信号；

所述后台设备根据提供给所述多个晶闸管的测试信号和从所述多个分压板接收的测试反馈信号对所述多个晶闸管进行性能检测；

所述主控设备还包括切换控制单元，所述切换控制单元与所述信号扩展单元和所述分压补偿设备电性连接，用于选择将所述信号扩展单元扩展的任意一个信号输入通道或信号输出通道连接到所述分压补偿设备。

2.如权利要求1所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述主控设备还包括信号采集单元，所述信号采集单元与所述信号扩展单元和所述后台设备电性连接，用于实时采集提供给所述多个晶闸管的测试信号和从所述多个分压板接收的测试反馈信号，以及通过IEC104规约将采集到的信号实时发送至所述后台设备。

3.如权利要求1所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述切换控制单元包括多个连接端子，用于分别连接到所述信号输出同轴电缆、所述信号输入同轴电缆、与被测试的晶闸管对应的分压板上的被检测点的MP2/MP4端子、以及被测试的晶闸管的正负极。

4.如权利要求3所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述切换控制单元还包括多个开关和多个指示灯，所述开关用于手动控制所述切换控制单元选择与所述分压补偿设备连接的信号输出通道或信号输入通道；

所述指示灯分别与所述信号输出通道或信号输入通道，用于在相应的信号输出通道或信号输入通道与所述分压补偿设备连接时进行指示。

5.如权利要求4所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述主控设备还包括机箱和信号采集单元，所述信号扩展单元、所述切换控制单元、所述信号采集单元都装设在所述机箱内。

6.如权利要求4所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述主控设备还包括机箱和信号采集单元，所述信号扩展单元和所述信号采集单元都装设在所述机箱内，所述切换控制单元的多个连接端子、多个开关和多个指示灯都装设在所述机箱的同一个面板上。

7.如权利要求5或6所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述分压补偿设备也装设在所述机箱内。

8.如权利要求1所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述切换控制单元还与所述后台设备电性连接，所述后台设备控制所述切换控制单元自动选择与所述分压补偿设备连接的信号输出通道或信号输入通道。

9.如权利要求1所述的直流换流阀智能化分压补偿检测系统，其特征在于，所述信号扩展单元包括用于通过控制继电器来选通信号输入通道的输入驱动芯片和用于通过控制继电器来选通信号输出通道的输出驱动芯片，所述输入驱动芯片和所述输出驱动芯片的型号均为ULN2803AG。

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